Технология подсветки. Особенности LED телевизоров с Edge и Direct подсветкой. Светодиодная подсветка повсюду

Время незаметно идет и казалось бы недавно купленная техника уже выходит из строя. Так, отработав свои 10000 часов, приказали долго жить лампы моего монитора (AOC 2216Sa). Вначале подсветка стала включаться не с первого раза (после включения монитора подсветка выключалась через несколько секунд), что решалось повторным включением/выключением монитора, со временем монитор приходилось выключать/выключать уже 3 раза, потом 5, потом 10 и в какой-то момент он не мог включить подсветку уже вне зависимости от числа попыток включения. Извлеченные на свет божий лампы оказались с почерневшими краями и законно отправились в утиль. Попытка поставить лампы на замену (были куплены новые лампы подходящего размера) успехом не увенчалась (несколько раз монитор смог включить подсветку, но быстро опять ушел в режим включился-выключился) и выяснение причин в чем может быть проблема уже в электронике монитора привели меня к мысли о том что проще будет собрать собственную подсветку монитора на светодиодах чем ремонтировать имеющуюся схему инвертора для CCFL ламп, тем более в сети уже попадались статьи показывающие принципиальную возможность такой замены.

Разбираем монитор

На тему разборки монитора уже написано немало статей, все мониторы очень похожи между собой, поэтому вкратце:
1. Откручиваем крепление поставки монитора и единственный болтик внизу, который придерживает заднюю стенку корпуса

2. В низу корпуса есть два пазика между передней и задней частью корпуса, в один из которых засовываем плоскую отвертку и начинаем снимать крышку с защелок по всему периметру монитора (просто проворачивая аккуратно отвертку вокруг своей оси и приподнимая этим крышку корпуса). Излишних усилий прилагать не надо, но тяжело снимается с защелок корпус только первый раз (за время ремонта я его открывал много раз, поэтому защелки стали сниматься со временем гораздо легче).
3. Нам открывается вид на монтаж внутренней металлической рамы в передней части корпуса:

Вынимаем из защелок плату с кнопками, вынимаем (в моем случае) разъем динамиков и отогнув две защелки внизу вынимаем внутренний металлический корпус.
4. Слева виднеются 4 провода подключения ламп подсветки. Вынимаем их слегка сдавливая, т.к. для предотвращения выпадения разъем сделан в виде маленькой прищепки. Так же вынимаем широкий шлейф идущий к матрице (вверху монитора), сдавливая его разъем по бокам (т.к. в разъеме боковые защелки, хотя при первом взгляде на разъем это и не очевидно):

5. Теперь необходимо разобрать «сендвич» содержащий саму матрицу и подсветку:

По периметру находятся защелки, которые открываются легким поддеванием той же плоской отверткой. Вначале снимается металлическая рама придерживающая матрицу, после чего можно открутить три меленьких болтика (обычная крестиковая отвертка не подойдет ввиду их миниатюрного размера, понадобится особо мелкая) удерживающих плату управления матрицей и матрицу можно снять (лучше всего положить монитор на твердую поверхность, например стол, покрытую тканью матрицей вниз, открутив плату управления положить ее на стол развернув через торец монитора и просто внять корпус с подсветкой подняв его вертикально вверх, а матрица так и останется лежать на столе. Ее можно накрыть чем-то чтобы не пылилась, а собирать точно в обратном порядке - т.е. накрыть лежащую на столе матрицу собранным корпусом с подсветкой, обернуть через торец шлейф к плате управления и прикрутив плату управления аккуратно поднять блок в собранном виде).
Получается матрица отдельно:

И блок с подсветкой отдельно:

Блок с подсветкой разбирается аналогично, только вместо металлической рамы, подсветка удерживается пластмассовой рамкой, которая одновременно позиционирует оргстекло, используемое для рассеивания света подсветки. Большинство защелок находятся по бокам и похожи на те что удерживали металлическую раму матрицы (открываются поддеванием плоской отверткой), но по бокам есть несколько защелок открывающихся «вовнутрь» (на них отверткой нужно надавить, чтобы защелки ушли во внутрь корпуса).
Вначале я запоминал положение всех снимаемых частей, но потом выяснилось, что «неправильно» их собрать не получится и даже если детали выглядят абсолютно симметричными расстояния между защелками на разных сторонах металлической рамы и фиксирующие выступы по бокам пластиковой рамы удерживающей подсветку не дадут собрать их «неправильно».
Вот собственно и все - мы разобрали монитор.

Подсветка светодиодной лентой

Вначале решено было делать подсветку из светодиодной ленты с белыми светодиодами 3528 - 120 светодиодов на метр. Первое что оказалось - ширина ленты 9 мм, а ширина ламп подсветки (и посадочного места под ленту) - 7 мм (на самом деле бывают лампы подсветки двух стандартов - 9 мм и 7 мм, но в моем случае были 7 мм). Поэтому, после осмотра ленты, было принято решение обрезать по 1 мм с каждого края ленты, т.к. это не задевало токопроводящих дорожек на лицевой части ленты (а на обратной вдоль всей ленты идут две широкие жилы питания, которые от уменьшения на 1 мм своих свойств на длине подсветки 475 мм не потеряют, т.к. ток будет небольшой). Сказано - сделано:

Точно так же аккуратно светодиодная лента обрезается по всей длине (на фотографии пример того что было до и что стало после обрезки).
Нам понадобится две полоски ленты по 475 мм (19 сегментов по 3 светодиода в полоске).
Хотелось чтобы подсветка монитора работала так же как и штатная (т.е. включалась и выключалась контроллером монитора), а вот яркость я хотел регулировать «вручную», как на старых CRT мониторах, т.к. это часто используемая функция и лазить по экранным меню каждый раз нажимая несколько клавиш мне надоело (в моем мониторе клавиши вправо-влево регулируют не режимы монитора, а громкость встроенных динамиков, так что режимы каждый раз приходилось менять через меню). Для этого был найден в сети мануал на мой монитор (кому пригодится - прилагается в конце статьи) и на странице с Power Board по схеме найдены +12V, On, Dim и GND которые нас интересуют.

On - сигнал с платы управления на включение подсветки (+5V)
Dim - ШИМ управление яркостью подсветки
+12V оказались далеко не 12, а где-то 16V без нагрузки подсветкой и где-то 13.67V с под нагрузкой
Так же было решено никаких ШИМ регулировок яркости подсветки не делать, а запитывать подсветку постоянным током (заодно решается вопрос с тем, что у некоторых мониторов ШИМ подсветки работает на не очень высокой частоте и у некоторых от этого чуть больше устают глаза). В моем мониторе частота «родного» ШИМ была 240 Гц.
Дальше на плате были найдены контакты на которые подается сигнал On (помечен красным) и +12V на блок инвертора (перемычка которую необходимо выпаять чтобы обесточить блок инвертора помечена зеленым). (фотографию можно увеличить чтобы увидеть пометки):

В качестве основы схемы управления был взять линейный регулятор LM2941 в основном за то, что при токе до 1А он имел отдельный вывод управления On/Off, который предполагалось использовать для управления включением/выключением подсветки сигналом On с платы управления монитора. Правда в LM2941 этот сигнал инвертированный (т.е. на выходе есть напряжение когда на входе On/Off - нулевой потенциал), так что пришлось собрать инвертор на одном транзисторе для согласования прямого сигнала On с платы управления и инвертированного входа LM2941. Никаких других излишеств схема не содержит:

Расчет выходного напряжения для LM2941 производится по формуле:

Vout = Vref * (R1+R2)/R1

Где Vref = 1.275V, R1 в формуле соответствует R1 на схеме, а R2 в формуле соответствует паре резисторов RV1+RV2 на схеме (введено два резистора для более плавной регулировки яркости и сокращения диапазона регулируемых переменным резистором RV1 напряжений).
В качестве R1 я взял 1кОм, а подбор R2 осуществляется по формуле:

R2=R1*(Vout/Vref-1)

Максимальное необходимое нам напряжение для ленты - 13В (я взял четь больше чем номинальные 12В чтобы не терять в яркости, а лента такой легкое перенапряжение переживет). Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(13/1.275-1) = 9.91кОм. Минимальное напряжение при котором лента еще хоть как-то светится - около 7 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(7/1.275-1) = 4.49кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 9.91кОм - 4.49кОм = 5.42кОм (выбираем ближайшее значение RV1 - 5.1кОм), а RV2 выставляем примерно в 9.91-5.1 = 4.81кОм (на самом деле лучше всего вначале собрать схему, выставить максимальное сопротивление RV1 и измеряя напряжение на выходе LM2941 выставить сопротивление RV2 таким чтобы на выходе было нужное максимальное напряжение (в нашем случае около 13В).

Монтаж светодиодной ленты

Поскольку после обрезания ленты на 1 мм по торцам ленты оголились жилы питания, на корпус в месте где будет клеиться лента я наклеил изоленту (к сожалению не синюю а черную). Поверх клеится лента (хорошо прогревать поверхность феном, т.к. к теплой поверхности скотч клеится гораздо лучше):

Дальше монтируются задняя пленка, оргстекло и светофильтры которые лежали поверх оргстекла. По краям я подпер ленту кусочками стирательной резинки (чтобы края на скотче не отходили):

После чего блок подсветки собирается в обратном порядке, устанавливается на место матрица, провода подсветки выводятся наружу.
Схема собиралась на макетке (ввиду простоты решил плату не разводить), крепилась на болтиках через отверстия в задней стенке металлического корпуса монитора:

Питание и сигнал управления On заводились с платы блока питания:

Расчетная мощность, выделяемая на LM2941 рассчитывается по формуле:

Pd = (Vin-Vout)*Iout +Vin*Ignd

Для моего случая составляет Pd = (13.6-13)*0.7 +13.6*0.006 = 0.5 Ватт поэтому было решено обойтись самым маленьким радиатором для LM2941 (посажен через диэлектрическую прокладку т.к. от земли он в LM2941 не изолирован).
Окончательная сборка показала вполне себе работоспособность конструкции:

Из достоинств:

Используется стандартная светодиодная лента
Простая плата управления

Из недостатков:

Недостаточная яркость подсветки при ярком дневном свете (монитор стоит напротив окна)
Светодиоды в ленте расположены недостаточно часто, поэтому видны небольшие световые конусы от каждого отдельного светодиода возле верхней и нижней кромок монитора
Баланс белого немного нарушен и уходит слегка в зеленоватые оттенки (скорее всего решается регулировками баланса белого либо самого монитора либо видеокарты)

Вполне хороший, простой и бюджетный вариант ремонта подсветки. Вполне комфортно смотреть фильмы или использовать монитор в качестве кухонного телевизора, но для каждодневной работы наверное не подойдет.

Регулировка яркости с помощью ШИМ

Для тех хаброжителей, которые в отличие от меня не вспоминают с ностальгией аналоговые ручки управления яркостью и контрастностью на старых ЭЛТ мониторах можно сделать управление от штатного ШИМ генерируемого платой управления монитором без выведения каких-либо дополнительных органов управления наружу (без сверления корпуса монитора). Для этого достаточно собрать на двух транзисторах схему И-НЕ на входе On/Off регулятора и убрать регулировку яркости на выходе (выставить выходное напряжение постоянным в 12-13В). Модифицированная схема:

Сопротивление подстроечного резистора RV2 для напряжения 13В должно быть в районе 9.9кОм (но лучше выставить точно при включенном регуляторе)

Более плотная LED подсветка

Для решения проблемы недостаточной яркости (а заодно и равномерности) подсветки было решено поставить больше светодиодов и чаще. Поскольку оказалось что покупать светодиоды поштучно дороже чем купить 1.5 метра ленты и выпаять их оттуда был выбран более экономный вариант (выпаивать светодиоды из ленты).
Сами светодиоды 3528 разместились на 4-х полосках 6 мм шириной и 238 мм длиной по 3 светодиода последовательно в 15 параллельных сборках на каждой из 4-х полосок (разводка плат для светодиодов прилагается). После припайки светодиодов и проводов получается следующее:

Полоски закладывается по две вверху и внизу проводами к краю монитора в стык в центре:

Номинальное напряжение на светодиодах 3.5В (диапазон от 3.2 до 3.8 В), так что сборка из 3-х последовательных светодиодов должна питаться напряжением порядка 10.5В. Так что параметры регулятора нужно пересчитать:

Максимальное необходимое нам напряжение для ленты - 10.5В. Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(10.5/1.275-1) = 7.23кОм. Минимальное напряжение при котором сборка из светодиодов еще хоть как-то светится - около 4.5 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(4.5/1.275-1) = 2.53кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 7.23кОм - 2.53кОм = 4.7кОм, а RV2 выставляем примерно в 7.23-4.7 = 2.53 кОм и регулируем в собранной схеме для получения 10.5В на выходе LM2941 при максимальном сопротивлении RV1.
В полтора раза больше светодиодов потребляют 1.2А тока (номинально), поэтому рассеиваемая мощность на LM2941 будет равна Pd = (13.6-10.5)*1.2 +13.6*0.006 = 3.8 Ватт, что уже требует более солидного радиатора для отвода тепла:

Собираем, подключаем, получаем гораздо лучше:

Достоинства:

Достаточно большая яркость (возможно сравнимая, а возможно даже превосходящая яркость старой CCTL подсвтеки)
Отсутствие световых конусов по краям монитора от индивидуальных светодиодов (светодиоды расположены достаточно часто и подсветка равномерная)
Все еще простая и дешевая плата управления

Недостатки:

Никак не решился вопрос с балансом белого, уходящим в зеленоватые тона
LM2941 хоть и с большим радиатором, но греется и греет все внутри корпуса

Плата управления на основе Step-down регулятора

Для устранения проблемы нагрева решено было собрать регулятор яркости на базе Step-down регулятора напряжения (в моем случае был выбран LM2576 с током до 3А). Он так же имеет инвертированный вход управления On/Off, поэтому для согласования присутствует такой же инвертор на одном транзисторе:

Катушка L1 влияет на КПД преобразователя и должна быть 100-220 мкГ для тока в нагрузке около 1.2-3А. Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:

Vout=Vref*(1+R2/R1)

Где Vref = 1.23V. При заданном R1 можно получить R2 по формуле:

R2=R1*(Vout/Vref-1)

В расчетах R1 эквивалентно R4 в схеме, а R2 эквивалентно RV1+RV2 в схеме. В нашем случае для регулировки напряжения в диапазоне от 7.25В до 10.5В возьмем R4=1.8кОм, переменный резистор RV1=4.7кОм а подстроечный резистор RV2 на 10кОм с начальным приближением в 8.8кОм (после сборки схемы лучше всего выставить его точное значение измеряя напряжение на выходе LM2576 при максимальном сопротивлении RV1).
Для этого регулятора решил сделать плату (размеры значения не имели, т.к. в мониторе достаточно место для монтажа даже габаритной платы):

Плата управления в сборе:

После монтажа в мониторе:

Все в сборе:

После сборки вроде все работает:

Итоговый вариант:

Достоинства:

Достаточная яркость
Step-down регулятор не греется и не греет монитор
Нет ШИМ а значит ничего не моргает ни с какой частотой
Аналоговая (ручная) регулировка яркости
Нет ограничений на минимальную яркость (для тех кто любит работать по ночам)

Недостатки:

Немного смещен баланс белого в сторону зеленых тонов (но не сильно)
При малой яркости (очень малой) видна неравномерность в свечении светодиодов разных сборок из-за разброса параметров

Варианты улучшения:

Баланс белого регулируется как в настройках монитора, так и в настройках почти любой видеокарты
Можно попробовать поставить другие светодиоды, которые не будут заметно сбивать баланс белого
Для исключения неравномерного свечения светодиодов при малой яркости можно использовать: а) ШИМ (регулировать яркость с помощью ШИМ всегда подавая номинальное напряжение) или б) соединить все светодиоды последовательно и питать их регулируемым источником тока (если соединить последовательно все 180 светодиодов, то понадобится 630В и 20мА), тогда через все светодиоды должен проходить один и тот же ток, а на каждом будет падать свое напряжение, яркость регулируется изменением тока а не напряжения.
Если хочется сделать схему на основе ШИМ для LM2576 можно использовать схему И-НЕ на входе On/Off этого Step-down регулятора (по аналогии с приведенной схемой для LM2941), но лучше поставить диммер в разрыв минусового провода светодиодов через logic-level mosfet

Хотя по написанию LED схожа с OLED, но обозначает она совсем другую технологию. Жидкокристаллический LED телевизор, что это значит – это аппарат с использованием другой системы подсветки по сравнению с обычными lcd моделями. И если OLED (Organic Light-Emitting Diode) это значит, что экран состоит из органических светоизлучающих диодов, то LED (Light Emitting Diode) – это использование диодов для подсветки матрицы жидкокристаллического телеприемника.

LED (Light Emitting Diode) – светоизлучающий диод, а в телевизионной технике эта аббревиатура означает экран на жидкокристаллической матрице (LCD) и с подсветкой от этих светоизлучающих диодов . После введения нового вида подсветки производители телевизоров в названиях моделей стали заменять "LCD" на "LED".

Это делалось скорее с маркетинговой точки зрения. На самом деле это была не новая технология экрана, а только другой вид подсветки. Но это название телевизоров сохранилось и применяется сегодня.

Если в обычных жк телевизорах используется лампа с холодным катодом, те же флуоресцентные (люминесцентные) лампы (Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL) , то lcd led используют светоизлучающие диоды. Как известно жк (lcd) экраны в телевизорах состоят из ячеек (пикселей) с жидкими кристаллами и в зависимости от положения кристалла в ячейке пропускает или нет свет. Так создается свечение экрана.

От качества жк матрицы зависят такие параметры как статическая контрастность, уровень черного, углы обзора, частота обновления, время отклика. Различают такие технологии производства матрицы на жидких кристаллах для телевизоров: TN, IPS (S-IPS, IPS-Pro, P-IPS, AH-IPS), VA/MVA/PVA, PLS.

От подсветки зависят такие параметры как яркость, цветопередача, цветовой охват, динамическая контрастность. Хотя правильнее рассматривать именно систему матрица+подсветка в телевизоре и для нее измерять параметры.

Производители утверждают, что применение светодиодной подсветки может увеличить:

яркость,
контрастность,
четкость изображения,
цветовую гамму.

Еще снижается энергопотребление LED телевизора примерно на 40%. Так же в лед телевизорах не используется ртуть, которая применяется в лампах дневного света, что сказывается на экологии.

Действительно, современные сверхяркие светодиоды могут обеспечить высокую яркость изображения на дисплее.

Контрастность увеличивается и вводится понятие динамической контрастности, когда регулируется яркость свечения светодиодов локально для разных участков экрана, и засчет этого растет показатель динамической контрастности. При этом уровень статической контрастности телевизора остается одним и тем же, он зависит от матрицы дисплея.

Уровень черного так же улучшается за счет регулирования свечения диодов во время просмотра видео. На темной сцене уровень подсветки снижается и экран становится темнее, а отсюда и улучшается уровень черного.

А вот насчет увеличения цветовой гаммы телевизора, то здесь нужно рассматривать все подробнее.

Белые или составные светодиоды

Технологически подсветка дисплея в LCD телевизоре осуществляется от светодиодов. Для этого используют белые диоды, свет от которых попадает на светофильтры и получают синий, зеленый и красный цвета. Подобный вид называется WLED.

Для улучшения цветового охвата сначала стали использовать в качестве подсветки сразу три вида светодиодов: красные, зеленые, синие. Такая технология называется RGB LED.

Но получить с помощью таких технологий нужный спектр света не получалось. И цветовой охват был недостаточен для использования в телевизорах UHD. Для решения этой проблемы были изобретены новые виды светодиодов в телевизорах.

Сейчас в премиум моделях телевизоров используются составные диоды (GB-R LED, RB-G LED) или квантовые точки.

В составных светодиодах объединяют синий и зеленый в один и покрывают красным люминофором (GB-R), или в другом случае объединяют красный и синий и покрывают зеленым люминофором (RB-G).

Квантовые точки в LED телевизоре

Совсем другую технологию изменения подсветки WLED предложила компания Nanosys.

Квантовые точки в телевизоре заменяют часть диодов, в данном случае красные и зеленые. Остается только синий светодиод, который формирует поток света и для возбуждения квантовых точек и для работы синих суб-пикселей на экране. А поток света на красные и зеленые суб-пиксели формируют квантовые точки.

Методы лед подсветки

Для повышения качества изображения на экране телевизора появилась технология локального затемнения local dimming , по которой управление светодиодами происходит группами из нескольких диодов. Система local dimming имеет несколько недостатков:

Плохая однородность цвета на изображении, то есть заметны яркие и темные пятна на участках где ярко включена и выключена подсветка.
На контрастных переходах появляются цветные ореолы.
На темных участках пропадают детали изображения.

Эти недостатки трудно определить по обычной видео картинке на экране телевизора, поэтому сегодня метод локального затемнения широко используется в моделях с led подсветкой.

Так же можно разделить LED телевизоры по способу расположения светодиодов: Direct и Edge.

Direct - это когда диоды располагаются сзади экрана равномерно, в виде матрицы.

Edge – это когда они располагаются по периметру экрана совместно с рассеивающей панелью. При подобном расположении нельзя сделать эффективное локальное затемнение по методу local dimming.

При прямом (Direct) методе можно получить более равномерную подсветку, по сравнению с методом Edge, но увеличится толщина телевизора и энергопотребление за счет увеличения количества светодиодов. Сверхтонкие телевизоры (толщина может быть меньше 3 сантиметров) можно получить, только применяя расположение диодов Edge.

Из-за своей экономичности и при этом показывающей достаточно хорошие результаты, наиболее часто используется боковая (Edge) подсветка с локальным затемнением.

На 2015 год LED телевизоры выиграли конкуренцию у плазменных телевизоров, а OLED панели пока по стоимости не могут сравняться с лед моделями. Поэтому в 2015 году у всех мировых производителей в модельном ряде телевизоров все места занимают LED аппараты. Только некоторые производители решились выпустить OLED телевизоры, особенно здесь лидерство держит LG. Так что покупая телевизор этого года, вы наверняка купите именно LED модель.

В последнее время многих заботит вопрос о том, что такое ЛЕД-телевизор? Эти агрегаты отлично себя зарекомендовали и сумели обрести широчайшую популярность. Стоимость данного постепенно снижается, благодаря чему они становятся значительно доступнее. Не все понимают, что такое ЛЕД-телевизор, поэтому стоит разобраться в принципе его работы, обговорить плюсы и минусы, связанные с технологией производства.

По сути, это устройство представляет собой телевизор на жидких кристаллах, в котором экран подсвечивается посредством светодиодов. В более ранних моделях ЖК-телевизоров используются лампы на базе холодных катодов. Стоит сказать о преимуществах использования светодиодной матрицы в подсветке. Производители говорят о значительном увеличении качества изображения. Существует ряд параметров, оказывающих непосредственное влияние на то, как зрители воспринимают изображение. К ним принято относить яркость, уровень контрастности, глубину черного цвета и качество цветопередачи. В большинстве случаев телевизоры на основе ЛЕД-подсветки значительно опережают своих собратьев.

Если говорить о том, что такое ЛЕД-телевизор, то стоит сказать, что упомянутая особенность связана с конструктивными особенностями При регулировке уровня свечения диодов вполне реально добиться абсолютного контроля над осветлением или затемнением определенных участков экрана. В выключенном состоянии светодиод не создает никакого свечения, поэтому группа выключенных диодов создает абсолютно черные участки. Благодаря использованию данной технологии удается добиться глубокого отображения черного цвета, а также превосходного уровня контрастности. Общая цветопередача тоже становится значительно лучше, что позитивно сказывается на качестве изображения. Благодаря свечению светодиодов телевизоры ЖК ЛЕД обладают высокой яркостью экрана. Использование диодной матрицы позволяет сделать большинство параметров, которые отвечают за вывод качественного изображения, намного лучше. Значительное снижение потребления энергии является еще одним важным плюсом.

Говоря о том, что такое ЛЕД-телевизор, необходимо упомянуть, что при производстве не используются вредные аэрозоли и ртуть, а это оказывает благоприятное воздействие на В могут быть использованы как одноцветные, так и трехцветные диоды, что позволяет существенно увеличить количество отображаемых цветов. В основном принято использовать подсветку с белыми светодиодами, что снижает риск появления проблем с изображением.

Производятся с применением технологии "local dimming", отвечающей за локальное затемнение. Согласно ей, управление светодиодами производится группами, состоящими из нескольких отдельных элементов. Недостатком подобной технологии является возможность появления в выводимом изображении плохой однородности. Обычно это появление ярких пятен на участках с ярко включенной подсветкой и темных пятен там, где подсветка выключена полностью.

LED-подсветка дисплеев – это один из многочисленных способов применения светодиодов. В промышленных масштабах её стали использовать начиная с 2008 года. На сегодняшний день светодиоды монтируют в подавляющее большинство жидкокристаллических (LCD) экранов: телевизоров, мониторов, мобильных устройств.

С 2008 года подсветка на светодиодах активно совершенствовалась и улучшалась. В данной статье поговорим о том, что такое led подсветка, какой она бывает и насколько оправдано ее внедрение в электронику.

Немного теории

Ещё 10 лет назад основным источником света в LCD-экранах были люминесцентные лампы типа CCFL, HCFL, которые проигрывали плазменным телевизорам по качеству изображения. Появление белых SMD светоизлучающих диодов с большой светоотдачей, малым энергопотреблением и габаритами в корне изменило ситуацию, благодаря чему появилось новое поколение мониторов.

В магазинах стали активно предлагать LED TV, не объясняя при этом, что на светодиодах выполнена только подсветка, а экран по-прежнему остаётся жидкокристаллическим. Масштабные рекламные акции и красивые рассказы консультантов о преимуществах светодиодного варианта способствовали резкому росту продаж LED TV и мониторов, благодаря чему на сегодняшний день они имеют полное превосходство над другими видами подсветки.

Типы светодиодной подсветки

С изобретением компактных ультраярких светодиодов, перед производителями стал вопрос: «Как их разместить, чтобы одновременно получить изображение высокого качества и сэкономить?» В поисках ответа появилось несколько типов светодиодной подсветки, среди которых выделяют два основных:

торцевая (Edge), именуемая также боковой или краевой;
матричная (Direct), собранная на wled или rgb led.

По способу управления свечением также существует два типа подсветки: статическая и динамическая. В первом случае яркость всех светодиодов меняется одинаково независимо от изображения. Во втором случае каждый светодиод или группа индивидуально взаимодействуют с соответствующим участком LCD-матрицы.

Edge

Светодиоды в боковой подсветке располагают одним из способов:

по бокам;
сверху и снизу;
по периметру.

Выбор того или иного способа размещения зависит от размера экрана и технологии производства. В этот тип подсветки устанавливают только белые светодиоды (white LED). Излучаемый ими световой поток проходит через рассеиватель и систему из световодов, освещая, таким образом, весь экран.

Данный метод имеет три важных преимущества, которые обеспечили ему популярность. Низкая себестоимость, достигаемая за счет минимального количества используемых светодиодов и простоты системы управления. Возможность создания ультратонких моделей мониторов с выносным блоком питания, которые за счет рекламы приобрели высокую популярность у покупателей. Малое потребление энергии, что невозможно реализовать в остальных вариациях. По световым характеристикам edge подсветка занимает средние позиции и сильно зависит от качества сборки и применяемой элементной базы. Но в целом цветопередача сравнима с CCFL технологией. В моделях телевизоров с боковой подсветкой нельзя достичь изображения высокой контрастности по двум причинам. Все светодиоды светят с одной яркостью, одинаково засвечивая тёмные и светлые участки экрана. Световоды, несмотря на свою продуманную конструкцию, не способны обеспечить равномерное распределение света по всей рабочей поверхности.

Direct

Тыльная (матричная) подсветка представляет собой матрицу, собранную из нескольких линеек со светодиодами, распределёнными по всей площади. Такой способ обеспечивает равномерный засвет всей LCD-панели, а главное позволяет реализовать динамическое управление. В результате разработчикам удалось достичь высокой контрастности изображения и насыщенности чёрного цвета.

Direct подсветку реализуют двумя способами. Первый, наиболее распространённый, собирают на белых LED или WLED, что в принципе одно и то же. Она может быть как статической, так и динамической, что зависит от модели телевизора.

Второй предполагает использовать вместо белых – RGB светодиоды. С их помощью удаётся регулировать не только яркость, но и задавать любой цвет из всего видимого спектра. За счёт высокой скорости переключения светодиоды прекрасно отрабатывают подаваемый сигнал и успевают за быстро меняющейся картинкой на экране. RGB-подсветку строят только по динамическому принципу.

Дисплеи с матричной подсветкой выделяются отличной контрастностью и цветопередачей по всей площади экрана. Это главный их плюс, который перекрывают сразу несколько недостатков, а именно:

высокая стоимость;
большое энергопотребление, сравнимое с CCFL технологией;
толщина корпуса более одного дюйма.

При выходе из строя одного из светодиодов гаснет вся линейка. На экране это явление отразится в виде затемнения некоторой области. Самостоятельно заменить перегоревший элемент на аналогичный не получится, так как найти точную копию с такой же линзой практически невозможно. В итоге замене подлежит вся линейка.

О недостатках для здоровья

Сама по себе LED-подсветка независимо от способа реализации имеет несколько весомых недостатков, которые оказывают влияние не на качество изображения, а на зрение. В первую очередь – это функция широтно-импульсного модулирования. С её помощью пользователь регулирует яркость и, тем самым, ухудшает своё здоровье. Суть проблемы заключается в мерцании светодиодов с частотой выше 80 Гц, что проявляется во время снижения яркости. Зрительно такое мерцание человеческим глазом не фиксируется, но оно непрерывно раздражает нервные окончания, вызывая головную боль и усталость в глазах.

Во время просмотра телевизионных передач данный недостаток не доставляет особого дискомфорта из-за большого расстояния между зрителем и экраном, а также низкой концентрации внимания. А вот пользователи ПК и ноутбуков с LED-подсветкой оказались в тупиковой ситуации. С одной стороны, когда яркость монитора 100%, функция широтно-импульсной модуляции (ШИМ) отключена, но сильно страдает сетчатка глаза. С другой стороны, длительная работа с документами на пониженной яркости комфортнее воспринимается глазами, но теперь негатива добавляет ШИМ.

Кроме этого существуют и другие недостатки, ухудшающие зрение, проявление которых в той или иной степени зависит от технологии производства дисплеев. Например, завышенное излучение светодиодов в области близкой к ультрафиолетовому спектру.

Тем, кому дорого зрение, следует остановить свой выбор на профессиональной серии мониторов с CCFL лампами, которые по-прежнему выпускают для работы с изображениями. Они имеют высокий коэффициент цветопередачи и стоят меньше, чем продукция, собранная на RGB LED.

Несмотря на наличие недостатков, производители электронной техники не перестанут использовать led подсветку в своих устройствах, а крупные компании по-прежнему будут рекламировать так называемые LED TV. Потому что маркетинговые цели по-прежнему имеют высокий приоритет. Остаётся надеяться, что в ближайшем будущем массовое производство мониторов оснастят подсветкой более высокого качества, работающей на частоте безопасной для глаз.

Читайте так же

На 2016 год развитие телевизионной техники вывело на пик популярности телевизоры с LED подсветкой, их так и называют «лед телевизоры». Так же на сегодня в магазинах вы встретите телеприемники с экранами на основе OLED.

LED телевизоры – это такие телеприемники, у которых экран построен на жидкокристаллической матрице (lcd) с подсветкой от светодиодов .

Матрица на жидких кристаллах носит аббревиатуру на английском «LCD» (liquid crystal display). И раньше так и назывались аппараты с такими экранами – LCD телевизоры. Но для работы экрана на жидких кристаллах нужна подсветка и первые несколько лет для подсветки использовалась люминесцентная лампа CCFL. Затем для работы подсветки стали использовать светодиоды (light-emitting diode – LED). И теперь телевизоры с дисплеями на жидких кристаллах называют «LED телевизоры», это то же самое что и «LCD телевизоры». Отличия в этих названиях только в виде подсветки, все остальные параметры и принцип работы остается одинаковым.

На 2014 год все фирмы прекратили выпуск LCD телевизоров с подсветкой от люминесцентной лампы. Выпускаются модели с экранами на жидких кристаллах и светодиодной подсветкой. И на сегодня такие телеприемники составляют самый массовый и доступный сегмент телевизоров. Плазменные модели уже уходят с рынка, осталось всего несколько фирм продолжающих выпуск плазменных телевизоров и то это всего несколько новых моделей в 2014 году и при этом это не флагманские модели. А вот аппараты с OLED экранами (экраны на светоизлучающих светодиодах) относятся как раз к флагманским моделям, и их цена пока не позволяет перевести эти телевизоры в разряд массовых.

Отличия LED от обычных LCD

При использовании ламп для подсветки матриц было невозможно регулировать подсветку отдельно взятых участков экрана. Это приводило к тому, что контрастность LCD экранов была не достаточно высокой, что бы конкурировать с плазмой или даже еще живыми на то время кинескопами. Поэтому и пришли к решению использовать светодиоды для подсветки матрицы. При этом стало возможным регулировать подсветку на отдельных участках, регулируя яркость свечения отдельных светодиодов.

Отсюда и получаются преимущества LED подсветки по сравнению с обычной люминесцентной лампой:

улучшенные яркость экрана,
контрастность,
цветопередача,
а энергопотребление при этом уменьшилось до 40%.

Из-за малых размеров светодиодов и общая толщина корпуса LED телевизора получается меньше других.

Различия в подсветке от CCFL и LED

Способы LED подсветки

Есть два типа светодиодной подсветки: боковая и задняя. Боковая (Edge ) подсветка, при которой светодиоды расположены по периметру корпуса телевизора. Задняя (Direct ) подсветка, при которой светодиоды расположены равномерно сзади матрицы. Лучшие результаты по качеству изображения дает подсветка Direct с возможностью локального затемнения групп светодиодов. Более дешевой является подсветка Edge, поэтому она больше используется при производстве телевизоров

Принцип работы подсветки

Основной проблемой жк экранов была контрастность, вернее её малое значение. Контрастность - это отношение яркости в самом ярком участке экрана к яркости в самом темном участке. Производители экранов пытались регулировать яркость подсветки на разных участках для увеличения контрастности. Поэтому появилась технология local dimming , которая позволяет управлять сразу группами из нескольких светодиодов. Система local dimming обладает несколькими недостатками. Во первых, плохая однородность цвета (заметны яркие и темные пятна) на участках где ярко включена и выключена подсветка. Во вторых, на контрастных переходах появляются цветные ореолы. В третьих, на темных участках пропадают детали изображения. Но увеличение контрастности и уровня черного компенсируют эти недостатки.

Если расставить по местам различные технологии по показателю качества получаемой картинки , то получится такой результат:

LED подсветка по методу Direct;
LED подсветка по методу Edge;
Подсветка на лампе CCFL.

Сегодняшние модели LED телевизоров имеют разрешение экранов от HD Ready до Full HD, а в этом году есть и модели с разрешением 4К Ultra HD. Так же модели LED могут иметь и такие функции как 3D, Smart TV, самый разный набор разъемов и других параметров. Так что каждый покупатель среди моделей лед телевизоров сможет себе подобрать подходящую покупку.